張博

（中國電子科技集團(tuán)公司第四十研究所，安徽 蚌埠 233000）

細(xì)長軸車削加工淺探

張博

（中國電子科技集團(tuán)公司第四十研究所，安徽 蚌埠 233000）

細(xì)長軸車削加工是一種常用的機(jī)械加工方法，對(duì)技術(shù)有較高要求。本文在分析了細(xì)長軸的車削加工特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)細(xì)長軸車削加工的方法進(jìn)行了探討，旨在優(yōu)化加工技術(shù)，促進(jìn)細(xì)長軸加工質(zhì)量的提高。

細(xì)長軸；車削加工；特點(diǎn)；方法

細(xì)長軸是機(jī)械上的一個(gè)非常關(guān)鍵的零件，對(duì)于細(xì)長軸的加工通常應(yīng)用車削加工方法。在細(xì)長軸的車削加工過程中，受細(xì)長軸自身剛性差、抗彎力弱等特點(diǎn)及加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力等因素的影響，工件在加工過程中很容易出現(xiàn)彎曲變形，從而對(duì)工件與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性造成影響，使加工出來的工件精度不高。因此，在細(xì)長軸的車削加工過程中，應(yīng)采取有效方法對(duì)彎曲變形情況進(jìn)行控制，以提高加工的質(zhì)量。

1 細(xì)長軸車削加工的特點(diǎn)

細(xì)長軸主要是指工件長度與直徑的比值小余或等于20的軸，細(xì)長軸是機(jī)器上的一個(gè)關(guān)鍵零件，其主要是對(duì)傳動(dòng)零件起到抑制支配的作用，并且實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和傳遞轉(zhuǎn)矩的目的。細(xì)長軸加工技術(shù)難度非常大，一是由于細(xì)長軸對(duì)加工精度具有極高的要求，二是細(xì)長軸自身具有一定不足，如剛性不足、振動(dòng)性大等，進(jìn)一步增加了加工的難度。從整體上看，細(xì)長軸加工主要具有以下特點(diǎn)：一是散熱能力較差。工件在切削熱的影響下，其軸向尺寸會(huì)變長，如若軸的兩端是固定支承，則會(huì)因?yàn)轫敿忾g卡死或受到擠壓而完全變形等情況而使得難以繼續(xù)加工工件的情況出現(xiàn)；二是細(xì)長軸剛性不足。在對(duì)其進(jìn)行加工時(shí)，要對(duì)細(xì)長軸進(jìn)行裝夾，在重力及切削力的作用下則極易出現(xiàn)變形彎曲等情況，從而出現(xiàn)振動(dòng)問題，最終導(dǎo)致實(shí)際加工所得細(xì)長軸表面不夠光滑，且精度也無法達(dá)到相應(yīng)要求；三是細(xì)長軸的軸向尺寸較長，在實(shí)際加工時(shí)，一次走刀需要花費(fèi)較長時(shí)間。進(jìn)一步增加了技術(shù)難度；四是在離心力的影響下，高速旋轉(zhuǎn)的工件較容易出現(xiàn)彎曲及振動(dòng)等不利于加工精度控制的問題；五是剛性差。由于細(xì)長軸長徑比往往超過25，這就使其車削加工具有剛性差的特點(diǎn)。以長徑30且基體硬度在37-42HRC的某型號(hào)中沉淀硬化不銹鋼細(xì)長軸零件為例，由于剛性差的特點(diǎn)使其經(jīng)固溶且粗加工時(shí)出現(xiàn)加工硬化以及嚴(yán)重變形的情況，從而致使該零件難以達(dá)到圖紙要求。

2 細(xì)長軸車削加工的方法

2.1 合理選擇切削用量

在細(xì)長軸加工過程中，切削量選擇是加強(qiáng)技術(shù)控制的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應(yīng)該科學(xué)合理的選擇切削量。而對(duì)于切削量的合理選擇，主要從三個(gè)方面進(jìn)行控制。一是切削深度，由于隨著切削深度地不斷增加，車削過程中形成的切削熱及切削力會(huì)增加細(xì)長軸的受熱變形與受力，因此，為了減小對(duì)車削加工的影響，要盡可能小的減小切削的深度。二是進(jìn)給量，在車削過程中，隨著進(jìn)給量地增加，切削的厚度也不斷增加，但是切削力并不會(huì)根據(jù)正比增加，因此會(huì)給細(xì)長軸的受力變形系數(shù)帶來很大的影響。而相對(duì)于通過增加切削深度來提升切削效率的方式而言，增加進(jìn)給量是一個(gè)更為有效的選擇。隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，五軸加工被廣泛的運(yùn)用于模具制造、高精密儀器、船舶、航空航天等領(lǐng)域中，但是五軸技術(shù)應(yīng)用過程中，自動(dòng)編程軟件是作用得以發(fā)揮的根本。對(duì)于加工過程中毛坯殘留量的識(shí)別、干涉刀具夾頭及工裝夾具間以及排布刀具等的檢查都是依賴于自動(dòng)編程軟件，這就導(dǎo)致編程工作人員難以借助計(jì)算機(jī)來進(jìn)行設(shè)置，只能結(jié)合經(jīng)驗(yàn)對(duì)切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以期使加工軌跡更為準(zhǔn)確。三是切削速度，由于切削深度增加會(huì)使得切削溫度升高，導(dǎo)致工件與刀具間的摩擦力減小，因此適當(dāng)?shù)奶岣咔邢鞯乃俣瓤梢越档颓邢髁?，進(jìn)而減小細(xì)長軸的受力變形。但是切削速度的提升也是需要控制在一定的范圍之內(nèi)的，因?yàn)榍邢魉俣冗^高也會(huì)導(dǎo)致細(xì)長軸在離心力的作用下發(fā)生彎曲變形的情況，尤其是對(duì)于長徑較大的工件來說，應(yīng)適當(dāng)?shù)慕档颓邢鞯乃俣取?/p>

2.2 科學(xué)選取裝夾方法

在細(xì)長軸車削加工過程中，有多種裝夾方法，各種方法都有其特點(diǎn)，因此要科學(xué)選取才能更好的確保加工精度。常用的細(xì)長軸車削加工裝夾方法主要有以下幾種。

（1）雙頂尖裝夾法。該種裝夾方法可以有效的確保同心度，且工件操作方便，定位精度高，因此在車削細(xì)長軸加工中應(yīng)用非常廣泛。但雙頂尖裝夾法也有不足之處，那就是剛性度低，不利于切削用量的提升。應(yīng)用的注意事項(xiàng)主要有兩方面，一是配合錐孔和頂尖，應(yīng)確保錐孔無殘留物；二是對(duì)于實(shí)時(shí)更換的頂尖，要合理的添加潤滑劑。

（2）一夾一頂裝夾法。該種裝夾法具有穩(wěn)定性及安全性高的特點(diǎn)，在承受進(jìn)給力方面較為有優(yōu)勢(shì)。但是在應(yīng)用過程中要注意以下兩方面：一是對(duì)頂尖位置的合理控制，頂尖位置不能過緊，否則會(huì)頂彎細(xì)長軸，而且由于細(xì)長軸熱擴(kuò)散性能較差，頂尖位置過緊會(huì)造成軸向形成壓力，進(jìn)而擠彎細(xì)長軸。針對(duì)這個(gè)問題，主要采取將彈性活頂尖應(yīng)用于頂尖位置的方法來解決。二是不在相同軸向上的頂尖孔和卡抓加緊面，會(huì)造成車削的時(shí)候出現(xiàn)彎曲變形。為此，通常在細(xì)長軸和卡抓間墊入一個(gè)開口鋼絲繩的方法加以解決。

（3）雙刀切削法。這種方法原理在于運(yùn)用力相互抵消的方法來將細(xì)長軸的橫向受力降低，進(jìn)而防止出現(xiàn)變形彎曲等現(xiàn)象，已達(dá)到提高加工精度的目的，當(dāng)前此方法在批量生產(chǎn)當(dāng)中較為常用。

（4）采用跟刀架和中心架。該種方法主要在細(xì)長軸剛性較差，更容易出現(xiàn)彎曲變形的情況應(yīng)用較多，其通過縮短支承點(diǎn)與切削作用點(diǎn)的距離來提升細(xì)長軸的剛性。

（5）反向切削法。車削過程中從主軸卡盤開始往尾架方向給刀，使形成的軸向切削力確保細(xì)長軸受拉，進(jìn)而防止彎曲變形。另外為防止工件出現(xiàn)壓彎變形現(xiàn)象，反向切削中我們可以使用具有彈性的尾架頂尖，這樣一來能夠很好地把刀具到尾架之間工件在加工中出現(xiàn)的熱伸長量與受壓變形予以補(bǔ)償。

2.3 降低工件熱變形伸長概率

在細(xì)長軸車削加工過程中，會(huì)出現(xiàn)“熱變形”現(xiàn)象，這主要是由于在切削熱的制約下，工件會(huì)伴隨著溫度的升高而出現(xiàn)伸長變形。對(duì)于“熱變形”的控制，在通常的軸類的車削加工中也許可以忽略，但是在細(xì)長軸的車削加工中卻要加以考慮，因?yàn)楣ぜL，總伸長量長會(huì)給車削加工精度造成很大的影響，因此必須加以控制。一是對(duì)彈性回轉(zhuǎn)頂尖的應(yīng)用。在彈性回轉(zhuǎn)頂尖的輔助下，細(xì)長軸能夠大大的完善工件的熱變形伸長，降低工件出現(xiàn)彎曲的概率，確保車削加工正常順利的進(jìn)行。二是充分加注切削液。在細(xì)長軸的車削加工過程中，切削液的加注對(duì)于降低工件熱變形伸長有很大作用。在對(duì)細(xì)長軸車削的時(shí)候，不管是高速的車削還是低速的車削，溫度的提升都會(huì)導(dǎo)致熱變形情況，而通過切削液可以使細(xì)長軸進(jìn)行完全的冷卻，進(jìn)而降低熱變形率。

此外，細(xì)長軸車削加工過程中切削液的使用可以在防止與刀架支承爪拉毛工件情況下起到保證車削質(zhì)量及保護(hù)刀具之目的。三是在車削過程中，確保刀具的鋒利，也可以通過減小工件與車刀之間的摩擦發(fā)熱而降低熱變形的出現(xiàn)。

2.4 減少殘余應(yīng)力

在加工細(xì)長軸的車削時(shí)，工件會(huì)因?yàn)闄C(jī)械加工、熱處理和原材料組織結(jié)構(gòu)等方面的影響而存在一定內(nèi)應(yīng)力，如若不采取有效措施進(jìn)行把控，在后面的加工工序中釋放出此內(nèi)應(yīng)力，將導(dǎo)致工件變形的情況出現(xiàn)，使得工件表面粗糙程度、形位公差和尺寸公差等出現(xiàn)。而且細(xì)長軸在加工過程中在內(nèi)部殘余應(yīng)力的影響下，工件出現(xiàn)彎曲變形的概率非常大，因此必須采取有效的措施來減少加工過程中形成的殘余應(yīng)力。

對(duì)于工件內(nèi)部殘余應(yīng)力的消除，首先要正確采取半精加工和精加工的方法來釋放內(nèi)應(yīng)力，主要是在細(xì)長軸熱處理后的加工進(jìn)行；同時(shí)在半精加工和精加工之間安排無損檢測，以檢測熱處理可能出現(xiàn)的缺陷，避免存在隱患給加工帶來影響。而對(duì)于部分無法通過半精加工和精加工釋放的較大的內(nèi)應(yīng)力，就要采取去應(yīng)力時(shí)效的方法對(duì)殘余的應(yīng)力進(jìn)行消除，以減小對(duì)后續(xù)加工的影響，確保細(xì)長軸車削加工的順利完成。另外，在處理部分具有較大內(nèi)應(yīng)力的工件過程中，由于無法通過半精加工、精加工這兩種方式將其內(nèi)應(yīng)力予以釋放，為了讓后續(xù)加工有效地開展我們必須要將其殘余應(yīng)力消除掉。

3 結(jié)語

總而言之，細(xì)長軸車削加工過程中受到工件自身特點(diǎn)的限制，以及切削力、殘余應(yīng)力及熱變形等因素而影響，這就使其加工質(zhì)量控制存在較大的難度。但是在細(xì)長軸車削過程中，只要科學(xué)合理的選擇切削用量及裝夾方法，并采取有效方法消除殘余應(yīng)力，加強(qiáng)熱變形控制，就能夠有效確保細(xì)長軸加工的精度，促進(jìn)工件加工質(zhì)量的提高。

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